콩팥(신장)의 구조와 네프론

콩팥(신장)은 척추동물의 배후벽, 복막 뒤쪽에 위치한 한 쌍의 장기이다. 정확히는 척추의 양쪽, 흉추 제12번에서 요추 제3번 높이에 자리 잡는다. 좌우 콩팥의 위치는 약간 비대칭인데, 간이 오른쪽 상부 복강을 차지하기 때문에 오른쪽 콩팥은 왼쪽 콩팥보다 약간 낮게 위치한다.

콩팥의 모양은 일반적으로 강낭콩(콩팥콩) 모양으로 묘사된다. 크기는 성인 기준으로 길이 약 10-12cm, 너비 약 5-7cm, 두께 약 3cm이며, 무게는 각각 약 120-170g 정도이다. 콩팥의 오목한 안쪽 가장자리에는 신문이라는 오목한 부분이 있으며, 여기서 요관, 신동맥, 신정맥, 림프관 및 신경이 출입한다. 콩팥은 신장 피막, 신장 근막, 신장 지방낭이라는 세 층의 결합 조직으로 이루어진 피막으로 보호받는다.

콩팥의 단면을 관찰하면 외부의 콩팥 피질과 내부의 콩팥 수질로 구분되는 두 가지 뚜렷한 영역을 확인할 수 있다. 피질은 콩팥의 가장 바깥쪽 층으로, 적갈색을 띠며 비교적 부드러운 질감을 가진다. 이 영역에는 신소체와 세뇨관의 상당 부분이 밀집되어 있으며, 사구체 여과가 일어나는 주요 장소이다.

수질은 피질 안쪽에 위치하며, 여러 개의 원뿔 모양 구조인 신피라미드로 구성된다. 신피라미드는 줄무늬 모양을 보이며, 그 뾰족한 끝은 신배를 향해 열려 있다. 수질의 주요 기능은 소변을 농축하는 것이며, 헨레 고리의 하행지와 상행지, 그리고 집합관이 이 영역을 통과하여 삼투압 차이를 이용해 물을 재흡수한다.

두 영역의 구조적 관계는 콩팥의 기능적 단위인 네프론의 배치와 직접적으로 연결된다. 피질 네프론의 신소체와 근위세뇨관 및 원위세뇨관은 피질에 위치한다. 반면, 근수질 네프론의 신소체는 피질과 수질의 경계 부근에 있으며, 그들의 긴 헨레 고리는 깊이 수질 속으로 뻗어 내려가 소변의 최종 농도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.

콩팥의 내부에는 소변을 모아 배출하는 통로인 신우와 신배가 존재한다. 신배는 콩팥의 수질 내부에 위치한 작은 공간으로, 각 신유두의 끝부분에 하나씩 자리 잡는다. 신유두에서 분비된 소변은 이 신배에 먼저 모이게 된다.

신배는 여러 개가 모여 더 큰 구조인 신우를 형성한다. 신우는 깔때기 모양의 단일 공간으로, 모든 신배로부터 소변을 받아 요관으로 배출하는 역할을 한다. 신우와 신배의 내벽은 요로상피로 덮여 있어 소변의 자극으로부터 보호한다.

이러한 구조는 소변의 효율적인 배출 경로를 제공하며, 폐쇄나 결석으로 인한 수신증 같은 병변의 주요 발생 부위가 되기도 한다.

콩팥은 신체에서 가장 많은 혈액을 공급받는 장기 중 하나이다. 전체 심박출량의 약 20~25%가 콩팥으로 유입된다[1]. 이렇게 풍부한 혈류는 사구체에서의 고효율 여과를 가능하게 하는 기초가 된다.

콩팥 내부의 혈관 분포는 매우 조직적이다. 주요 혈관인 신동맥은 콩팥문을 통해 콩팥으로 들어간 후, 여러 차례 분지하여 엽간동맥, 호동맥을 거쳐 소엽간동맥이 된다. 이 소엽간동맥은 다시 입구소동맥으로 이어져 각 네프론의 신소체로 혈액을 공급한다. 사구체에서 여과된 후의 혈액은 출구소동맥을 통해 빠져나와, 세뇨관 주변에 조밀한 모세혈관 네트워크(제2차 모세혈관망)를 형성한다. 이 모세혈관망은 세뇨관에서 일어나는 재흡수와 분비 과정에 중요한 역할을 한다.

최종적으로, 이 모세혈관들은 합쳐져 소정맥, 호정맥, 엽간정맥을 거쳐 신정맥이 된다. 신정맥은 신동맥과 나란히 콩팥문을 빠져나와 하대정맥으로 혈액을 돌려보낸다. 콩팥의 혈관 분포는 피질과 수질에서도 차이를 보인다. 피질에는 사구체와 제2차 모세혈관망이 풍부하게 분포하는 반면, 수질 깊은 곳에는 직혈관이라는 특수한 혈관이 길게 뻗어 있어 오스몰 농도 기울기를 유지하고 요의 농축에 기여한다.

신소체는 네프론의 시작 부분으로, 혈액을 여과하는 초기 단계를 담당하는 구조물이다. 신소체는 사구체와 보먼 주머니라는 두 가지 주요 부분으로 구성되어 있다.

사구체는 모세혈관 덩어리로, 신동맥에서 분지된 입동맥이 유입되어 형성된다. 이 모세혈관 벽은 여과 장벽으로 작용하는 특수한 구조를 가지고 있다. 여과 장벽은 내피 세포, 기저막, 그리고 족세포로 이루어진 세 층으로 구성되어 있으며, 혈액에서 원뇨를 생성하기 위해 물과 작은 분자들을 걸러내는 역할을 한다. 보먼 주머니는 사구체를 감싸는 컵 모양의 구조로, 여과된 액체인 원뇨를 받아들여 세뇨관으로 전달한다.

신소체의 기능은 여과에 있다. 사구체 모세혈관 내의 높은 혈압이 원동력이 되어, 혈액 내의 물, 전해질, 포도당, 요소 및 기타 작은 분자들이 여과 장벽을 통과하게 된다. 그러나 혈액 세포나 단백질과 같은 큰 분자들은 일반적으로 걸러지지 않는다. 이렇게 생성된 여과액이 바로 원뇨이다. 신소체의 여과율은 사구체 여과율로 측정되며, 신장 기능의 중요한 지표가 된다.

세뇨관은 신소체에서 생성된 원뇨가 흘러가면서 그 조성이 최종 소변으로 결정되기까지 일련의 처리 과정이 일어나는 긴 관 구조물이다. 세뇨관은 크게 근위세뇨관, 헨레고리, 원위세뇨관, 그리고 집합관으로 구성된다. 각 부분은 상이한 세포 형태와 기능적 특성을 지녀, 선택적 재흡수와 분비를 통해 체내 항상성을 유지하는 데 기여한다.

근위세뇨관은 신소체에 직접 연결된 첫 번째 부분으로, 원뇨 속 포도당, 아미노산, 전해질 및 물의 약 65-70%가 이곳에서 능동적으로 재흡수된다. 헨레고리는 고리 모양의 구조로, 하강하는 부분은 물에만 투과성이 높아 수질의 높은 삼투압에 의해 물이 재흡수되고, 상승하는 부분은 염화나트륨을 재흡수하여 수질의 삼투압 구배를 형성하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 구배는 최종 소변의 농축에 필수적이다.

원위세뇨관과 집합관에서는 호르몬의 조절을 받는 정교한 재흡수와 분비가 일어난다. 원위세뇨관에서는 나트륨과 칼슘의 추가 재흡수와 칼륨 및 수소 이온의 분비가 이루어진다. 집합관은 항이뇨호르몬(ADH)의 영향을 받아 물의 재흡수를 조절하며, 최종 소변의 농도와 양을 결정짓는 마지막 단계이다. 이 과정을 통해 체내 수분과 전해질 균형이 세밀하게 조정된다.

피질 네프론은 네프론의 약 85%를 차지하는 가장 흔한 유형이다. 이 네프론의 신소체는 콩팥의 바깥쪽 부분인 신피질에 위치한다. 또한, 헨레 고리가 짧아 콩팥의 신수질 깊숙이 들어가지 않는 것이 특징이다.

피질 네프론의 구조적 특징은 기능과 직접적으로 연결된다. 짧은 헨레 고리로 인해 삼투압을 이용한 요농축 능력은 근수질 네프론에 비해 상대적으로 제한적이다. 대신, 이 네프론들은 주로 사구체 여과와 전해질, 포도당, 아미노산 등의 필수 물질 재흡수에 주요한 역할을 담당한다.

피질 네프론의 사구체는 주로 신피질의 바깥쪽과 중간 부분에 분포한다. 이들의 구심성 세동맥은 비교적 굵으며, 원심성 세동맥은 사구체를 빠져나온 후 세뇨관 주위 모세혈관망을 형성하여 재흡수된 물질을 다시 받아들인다. 전체 신장 혈류의 상당 부분이 이 피질 네프론들을 통해 흐른다.

근수질 네프론은 콩팥의 네프론 중 약 10~15%를 차지하는 유형으로, 그 구조와 위치가 피질 네프론과 뚜렷한 차이를 보인다. 이 네프론의 신소체는 신피질과 신수질의 경계 부근, 즉 피질의 깊은 부분에 위치한다. 따라서 '근수질(juxamedullary)'이라는 이름은 '수질 옆에'라는 의미를 지닌다.

근수질 네프론의 가장 두드러진 특징은 길고 깊게 뻗은 헨레 고리이다. 이 고리는 신수질 깊숙이, 심지어는 신유두 부근까지 내려갔다가 다시 올라오는 긴 구조를 형성한다. 이 긴 헨레 고리는 요의 농축과 희석에 결정적인 역할을 하는 역류 증폭 기전의 핵심 구조물이다. 또한, 이 네프론의 구심성 세동맥에서 나온 사구체 후 모세혈관은 직혈관이라는 긴 혈관 다발을 형성하여 헨레 고리 주변을 따라 신수질 깊이까지 나란히 뻗어 내려간다.

이러한 독특한 구조적 특성으로 인해 근수질 네프론은 체내 수분과 전해질 항상성 유지, 특히 소변의 최종 농도를 결정하는 데 필수적인 기능을 담당한다. 긴 헨레 고리와 직혈관의 나란한 배열은 신수질 간질에 높은 삼투압 구배를 형성하고 유지하는 데 기여하여, 체내에 수분이 부족할 때는 농축된 소변을, 수분이 과잉일 때는 묽은 소변을 배출할 수 있게 한다[4]. 따라서 근수질 네프론은 체액의 삼투압을 정밀하게 조절하는 데 핵심적인 역할을 수행한다.

여과 과정은 네프론이 혈액을 정화하는 첫 번째 단계로, 신소체에서 일어난다. 신소체는 사구체라고 불리는 모세혈관 덩어리와 이를 감싸는 보먼주머니로 구성된다. 이 과정의 핵심은 사구체 여과막을 통한 여과액의 생성이다.

사구체로 들어오는 입동맥의 혈압은 일반적인 모세혈관보다 높다. 이 높은 혈압이 원동력이 되어 혈액의 성분 중 물과 작은 분자들이 사구체 모세혈관 벽을 뚫고 나온다. 이때 혈구와 혈장 단백질 같은 큰 분자들은 통과하지 못하고 혈관 내에 남는다. 통과된 액체, 즉 원뇨는 보먼주머니로 모인다.

여과의 선택성은 여과 장벽의 구조에 의해 결정된다. 이 장벽은 사구체 내피세포, 기저막, 보먼주머니 상피세포(족세포)의 세 층으로 이루어져 있다. 특히 기저막은 주된 크기 선택적 장벽 역할을 하며, 족세포 사이의 틈은 음전하를 띠어 알부민 같은 음전하 단백질의 통과를 추가로 차단한다[6]. 여과의 효율을 나타내는 지표를 사구체 여과율이라고 한다.

세뇨관을 통과하는 여과액은 사구체에서의 여과 과정을 거친 후, 다양한 물질들이 선택적으로 혈액으로 되돌아가거나(재흡수) 반대로 혈액에서 세뇨관 내강으로 이동(분비)되면서 최종적으로 오줌의 조성을 결정하게 된다.

재흡수는 주로 근위세뇨관에서 활발하게 일어난다. 포도당, 아미노산, 비타민과 같은 유용한 영양소는 거의 100% 재흡수된다. 또한, 여과된 나트륨 이온의 약 65-70%, 물의 약 65%가 근위세뇨관에서 재흡수된다. 이 과정은 능동수송과 확산을 통해 이루어지며, 이산화탄소와 탄산탈수효소를 이용한 중탄산염 재흡수와 같은 복잡한 기전도 포함한다. 원위세뇨관과 집합관에서는 항이뇨호르몬과 알도스테론 같은 호르몬의 조절을 받아 나트륨, 칼륨, 물 등의 재흡수가 세밀하게 조정된다.

분비 과정은 혈액에서 세뇨관 내강으로 물질을 능동적으로 이동시켜 체내에서 제거하는 역할을 한다. 주요 분비 물질로는 칼륨 이온, 수소 이온, 유기산, 유기염기 및 일부 약물(예: 페니실린)이 있다. 특히, 원위세뇨관과 집합관에서의 칼륨과 수소 이온 분비는 체액의 산-염기 평형과 전해질 농도를 유지하는 데 결정적이다. 분비는 재흡수와 함께 협력하여 혈액의 최종 조성을 정교하게 조절한다.

네프론의 최종 기능은 소변의 농도를 조절하여 체내 수분과 전해질 균형을 유지하는 것이다. 이 과정은 주로 집합관과 헨레고리에서 일어나며, 항이뇨호르몬의 조절을 받는다.

체내 수분이 부족하면 뇌하수체후엽에서 항이뇨호르몬이 분비된다. 이 호르몬은 집합관의 세포막에 수분 통로인 아쿠아포린을 삽입하여 물의 재흡수를 촉진한다. 이때, 신수질의 간질액은 헨레고리의 역류 증폭 기전에 의해 고농도로 유지되어 있다. 따라서 집합관을 흐르는 소변이 고농도의 간질액을 지나가면 삼투압 차이에 의해 물이 빠져나가 소변이 농축된다. 그 결과 소량의 농축된 소변이 배출된다.

반대로 체내 수분이 과잉 상태이면 항이뇨호르몬 분비가 억제된다. 이 경우 집합관의 물 재흡수가 감소하고, 헨레고리의 상행각에서는 나트륨 이온을 적극적으로 재흡수하여 간질액의 삼투압을 낮춘다. 결과적으로 희석된 다량의 소변이 생성되어 배출된다. 이 기전은 혈장 삼투압, 혈액량, 혈압 등의 변화에 의해 정교하게 조절된다.

콩팥은 심장에서 나온 혈액의 약 20~25%를 받아들여 여과하는 고혈류 기관이다. 이 혈액은 복부 대동맥에서 직접 분지된 한 쌍의 신동맥을 통해 공급된다. 신동맥은 콩팥의 신문을 통해 콩팥 내부로 들어가며, 이는 콩팥의 오목한 안쪽 가장자리에 위치한 혈관, 신경, 요관이 드나드는 부위이다.

신동맥은 콩팥 내부에서 여러 차례 분지한다. 신문에서 들어온 신동맥은 먼저 엽간동맥으로 나뉜다. 엽간동맥은 다시 엽동맥과 소엽간동맥으로 분지하며, 이는 콩팥 피질과 수질의 경계를 따라 주행한다. 소엽간동맥에서 분지한 소동맥은 피질을 향해 뻗어 나가며, 최종적으로 사구체를 형성하는 입구소동맥이 된다.

여과된 혈액은 출구소동맥을 통해 사구체를 빠져나와 세뇨관 주위 모세혈관망을 형성한다. 이 모세혈관망은 세뇨관 주위를 감싸며 물과 용질의 재흡수와 분비에 관여한다. 이후 혈액은 정맥계로 모여 소정맥, 소엽간정맥, 엽정맥을 거쳐 최종적으로 신정맥이 된다. 신정맥은 신동맥과 나란히 주행하며 신문을 빠져나와 하대정맥으로 직접 유입된다.

콩팥의 혈관 분포는 다음과 같이 요약할 수 있다.

사구체 모세혈관은 신소체를 구성하는 주요 요소로, 사구체라고도 불린다. 이는 입동맥이 들어와서 형성된 매우 조밀하게 얽힌 모세혈관 덩어리이다. 사구체 모세혈관의 벽은 여과 장벽으로 작용하는 특수한 구조를 가지고 있다.

사구체 모세혈관의 벽은 세 층으로 구성되어 있다. 안쪽부터 혈관 내피 세포, 기저막, 그리고 족세포의 족돌기로 이루어진다. 내피 세포에는 여과공이 많이 뚫려 있고, 기저막은 주로 콜라겐과 같은 단백질로 이루어진 두꺼운 층이다. 가장 바깥쪽의 족세포 족돌기는 기저막을 감싸며 불규칙한 간격을 두고 있어, 최종적인 여과 틈을 형성한다[7]. 이 세 구조물은 혈액에서 노폐물과 수분은 통과시키지만, 혈액 세포나 큰 단백질 분자는 통과시키지 않는다.

사구체 모세혈관은 다른 모세혈관과는 다른 혈역학적 특성을 지닌다. 입동맥에서 나와 사구체를 형성한 후, 다시 출동맥으로 모여 나간다. 이는 두 개의 동맥 사이에 모세혈관이 위치한 독특한 구조로, 사구체 내에 높은 혈압을 유지하여 여과를 효율적으로 일으키는 데 기여한다. 출동맥은 이후 세뇨관 주위 모세혈관망을 형성하여 재흡수된 물질을 다시 받아들인다.

사구체 모세혈관의 건강 상태는 신장 기능을 평가하는 중요한 지표가 된다. 예를 들어, 당뇨병이나 고혈압으로 인해 이 모세혈관의 기저막이 비정상적으로 두꺼워지는 사구체경화증이 발생하면, 여과 기능이 저하되어 단백뇨나 신부전을 초래할 수 있다.

신부전은 콩팥 기능이 감소하여 노폐물과 수분, 전해질의 균형을 유지하지 못하는 상태이다. 급성 신부전과 만성 신부전으로 구분되며, 각각 콩팥 구조에 다른 형태의 변화를 일으킨다. 급성 신부전은 주로 세뇨관 상피세포의 허혈성 또는 독성 손상으로 인한 세뇨관 괴사가 특징이다. 이는 구조적 손상에도 불구하고 적절한 치료를 통해 회복 가능성이 있다.

반면, 만성 신부전은 지속적인 손상으로 인해 사구체, 세뇨관, 간질 조직이 비가역적으로 손상되고 섬유화되는 과정을 거친다. 사구체는 사구체 경화증을 일으키며 여과 기능을 상실하고, 세뇨관은 위축된다. 이로 인해 전체 콩팥의 크기는 줄어들고 표면은 과립모양으로 거칠어지는 변화가 나타난다[9].

구조 변화의 원인은 다양하다. 당뇨병은 당뇨병성 신병증을 유발하여 사구체 모세혈관의 기저막이 비후되고 사구체 경화증을 일으킨다. 고혈압은 신동맥의 동맥경화와 함께 사구체에 압력을 가해 손상을 초래한다. 또한, 사구체신염은 면역 복합체의 침착으로 직접적인 사구체 염증과 파괴를 유발한다.

이러한 구조적 변화는 기능 저하와 직접적으로 연결된다. 사구체의 수가 감소하면 사구체 여과율이 떨어지고, 세뇨관의 위축은 재흡수와 분비 기능을 방해한다. 결국 말기 신부전에 이르면 신장 대체 요법인 투석이나 신장 이식이 필요해진다. 따라서 신부전의 진행을 늦추기 위한 치료는 근본적인 원인을 통제하고 남아 있는 네프론의 구조를 보존하는 데 중점을 둔다.

신장과 네프론의 구조에 대한 이해는 다양한 신장 질환을 진단하고 평가하는 데 필수적이다. 의학 영상 기술과 검사법은 대부분 이러한 해부학적 구조를 기반으로 하여 이상을 탐지한다.

초음파 검사는 신장의 크기, 모양, 피질과 수질의 경계, 신우의 확장 여부 등을 비침습적으로 관찰하는 기본적인 영상 검사이다. 사구체여과율은 신소체의 기능적 상태를 반영하는 핵심 지표로, 혈청 크레아티닌 수치를 이용해 계산한다. 요검사에서는 단백뇨가 나타나는 경우 사구체의 여과 장벽 손상을, 혈뇨가 발견되면 사구체염이나 다른 구조적 이상을 의심할 수 있다. 신장 생검은 현미경으로 직접 네프론의 구조적 변화, 예를 들어 사구체의 염증이나 세뇨관의 위축 등을 확인하는 확진 방법이다.

또한, 근수질 네프론의 길고 깊은 위치는 신장의 농축 능력과 직접 관련이 있다. 요중 전해질 농도나 요삼투압 검사를 통해 이 기능을 평가함으로써, 요붕증과 같은 농축 장애의 원인이 신장 구조적 문제에서 비롯된 것인지 판단하는 데 도움을 준다[10]. 따라서, 신장의 구조와 네프론의 유형에 대한 지식은 검사 결과를 해석하고 적절한 치료 방향을 설정하는 토대가 된다.